NI LabVIEW RIO架構基礎知識簡述

NI LabVIEW可重配置I/O (RIO)架構是NI圖形化系統設計平臺的一個整體部分。 圖形化系統設計方法作為如今設計、原型和部署測控系統的主流方式之一，將NI LabVIEW開放的圖形化編程環境與商業現成可用(COTS)硬件相結合，大大簡化開發，并提供了自定義設計的能力，幫助工程師實現更高質量的設計。

1. NI LabVIEW RIO架構

圖1. RIO System Architecture

NI LabVIEW RIO架構基于以下四個部分： 處理器、可重配置的現場可編程門陣列(FPGA)、模塊化I/O硬件以及圖形化設計軟件。 借助這四個部分的組合，您可獲得高性能I/O和前所未有的系統定時控制靈活性，從而快速開發自定義硬件電路。

處理器

處理器用于部署代碼，以實現與FPGA等其它處理單元的通信、連接外圍設備、記錄數據以及運行應用程序。 NI提供各種組成結構的RIO硬件系統，包括基于Microsoft Windows操作系統且具有對稱多處理(SMP)的高性能多核系統以及NI Single-Board RIO和CompactRIO等緊湊型實時嵌入式系統。

FPGA

可重配置FPGA是RIO硬件系統架構的核心。 它用于幫助處理器分擔密集型任務，具有極高的吞吐量，提供了確定性執行。 FPGA直接連接至I/ O模塊，可實現每個模塊I/O電路的高性能訪問、無限制定時、觸發和同步靈活性。 由于每個模塊而沒有通過總線而是直接連接到FPGA，因而相比其他工業控制器，該架構幾乎不會有任何系統響應控制延遲。

由于FPGA的高速特性，RIO硬件經常用于搭建集成了高速緩沖I / O、超快速控制循環或自定義信號濾波的控制器系統。 例如，借助FPGA， CompactRIO機箱能夠以100 kHz的速率同時執行超過20個模擬PID控制循環。 此外，由于FPGA在硬件上運行所有代碼，因此它提供了高可靠性和確定性，非常適合用于基于硬件的互鎖、自定義定時和觸發以及無需定制電路的傳感器自定義。

模塊化I/O

NI C系列I/ O模塊包含隔離、轉換電路、信號調理以及可與工業傳感器/執行器直接連接的內置連接口。 通過提供各種連線選項和將連接器接線盒集成到模塊內，RIO系統顯著降低了對空間的需求和現場連線成本。

圖2. NI RIO系統可通過100多種I/O模塊連接至幾乎所有傳感器或激勵器

通過100多個NI和第三方開發的C系列I/O模塊，該架構幾乎可連接至任何傳感器或執行器。 此外，借助NI cRIO-9951 CompactRIO模組開發工具包，您可以開發自定義模塊來滿足特定應用需求。

LabVIEW開發平臺

NI針對嵌入式應用的圖形化系統設計提供了完善的開發方案，幫助用戶借助統一的軟件平臺有效實現系統的設計、原型與部署。 借助LabVIEW圖形化系統設計軟件，您可以開發處理器所需的應用程序、在FPGA上集成自定義測量電路以及通過模塊化I / O將處理器與FPGA無縫集成，從而構建完整的RIO解決方案。

圖3. LabVIEW提供了一個完整的RIO開發平臺。

2. NI RIO硬件設備

圖4.RIO設備矩陣

CompactRIO

CompactRIO是一款堅固的緊湊型RIO系統，適用于嵌入式和原型應用。 CompactRIO可通過四槽和八槽背板進行配置，具有各種FPGA選項以及各種用于控制器的處理器方案，是RIO產品家族中配置選項最為豐富的一員。 CompactRIO可用作低成本集成系統，也可結合NI 9144確定性以太網擴展機箱來構建真正的分布式系統。

圖5. CompactRIO、集成式CompactRIO和CompactRIO確定性以太網擴展機箱

NI MXI-Express RIO

MXI-Express RIO機箱是NI RIO平臺的最新成員。 MXI-Express RIO具有一個用于C系列I / O模塊且支持FPGA的14槽機箱，與NI RIO平臺上其他設備不同的是，它將FPGA和I / O從處理器上分離了出來，使得多個機箱可通過x1 MXI Express連接與同一個控制器進行通信。